Controllo di 5000 LED

Sto realizzando un progetto in cui è necessario controllare 10.000 I / O.

Uscita 5000 - Per 5000 LED, in cui verrà acceso solo 1 LED alla volta

Ingresso 5000 - Per il sensore 5000, dove rileverà la presenza di un oggetto.

Fondamentalmente, sto facendo un sistema di archiviazione (qualcosa di simile al buco del piccione) per cui, una piccola scatola verrà posizionata in questo buco del piccione. Attualmente ho circa 5000 scatole posizionate su 20 rack. Ogni rack ha 250 fori (10 colonne x 25 file).

Ognuno di questi fori avrà un LED e un sensore. quindi, ho bisogno di 5000 LED e 5000 sensori.

tutti i sensori e i LED saranno collegati a un sistema. Quando devo posizionare la scatola nel buco del piccione, scansionerò il codice a barre della scatola e lo registrerò nel sistema. Il sistema cercherà quindi uno slot vuoto in qualsiasi rack e illuminerà il LED. Metterò la scatola nel buco del piccione e il LED si spegnerà.

Se avessi bisogno di recuperare qualsiasi scatola, avrei inserito il numero della scatola e il LED della posizione esatta si sarebbe acceso.

Non sono davvero sicuro di come iniziare. Vorrei sapere che tipo di hardware ha una tale quantità di porte I / O.

L'approccio migliore è posizionare i LED in una matrice 64x80 . Poiché è necessario accendere solo 1 LED in qualsiasi momento, è possibile utilizzare demultiplexer sia per file che per colonne. Per le righe che vuoi 1 riga bassa, per le colonne 1 riga alta.
Una soluzione è utilizzare dieci 74HC138 s per le righe, controllate da 7 righe di indirizzo (2 <80 <2 ). Avrai bisogno di qualche logica aggiuntiva per derivare gli ingressi di controllo per ogni 74HC138 da questo indirizzo. Per le colonne avrai bisogno di otto 74HC238 , che è simile al 74HC138, ma con la sua uscita attiva alta. Qui sono necessarie solo 6 righe di indirizzo (64 = 2 ). Quindi avrai un totale di 13 righe di indirizzo. $^6$$^7$$^6$

Un altro approccio è quello di utilizzare un CPLD . 13 righe di indirizzo in entrata, 64 colonne + 80 righe in uscita. Sono 157 I / O. Altera ha alcuni dispositivi MAX3000 adatti al conto.

Se non hai una presentazione compatta per i LED come un pannello sinottico, potresti volerli guidare con una corrente più alta per una migliore visibilità. In tal caso, avrai bisogno di transistor extra sulle uscite.

Whooo, ragazzo ... Questo non sarà un progetto economico!

Concordo con Ranieri sul concetto generale di scomporre il progetto in "tessere" ripetute.

Dato che hai 20 rack di 10 colonne x 25 righe; Sospetto che ciò che vorrai sia un controller principale per ogni rack (che si occuperebbe anche della distribuzione dell'alimentazione) associato a una "unità scaffale" per ogni riga, responsabile del pilotaggio dei LED per le 10 colonne e del rilevamento della scatola. Il controller principale potrebbe anche pilotare una luce master nella parte superiore del rack, in modo che il rack di destinazione possa essere facilmente individuato.

Considerando le distanze coinvolte, non credo che dovresti usare l'USB come tua interconnessione ai rack - all'USB non piace percorrere lunghe distanze. Invece, un'interfaccia isolata come Ethernet, o ala MIDI optoisolata è probabilmente la scommessa migliore. L'interfaccia all'interno del rack, tuttavia, potrebbe essere eseguita praticamente con qualsiasi approccio.

I dispositivi XMOS vengono spesso utilizzati per controllare array di LED molto grandi. I LED sono raggruppati in "riquadri", con ogni riquadro controllato da un chip XMOS e registri di scorrimento adeguati. I dispositivi XMOS possono essere collegati tra loro tramite XLink o Ethernet ad alta velocità e possono comunicare con un sistema host tramite Ethernet o USB. I dispositivi XMOS possono implementare USB ed Ethernet ad alta velocità nel software, che richiedono solo chip PHY adeguati.

I 5.000 ingressi possono essere interfacciati in modo simile.

È davvero difficile trovare chiare raccomandazioni senza avere un'idea più precisa di cosa dovrebbe fare l'intero sistema o di come dovrebbero essere disposti i led e i sensori, ma ci proverò.

Non troverai un singolo componente con 10000 porte di I / O digitali e, anche se facessi i circuiti driver / buffering / biasing per i led e i sensori occuperebbe una grande quantità di proprietà immobiliari sulla scheda. La tua scommessa migliore è quella di dividere e conquistare - creare un numero di "tessere" che gestiscono una sottoattività specifica e collegarli insieme.

Ad esempio, se i LED e i sensori devono essere collocati in una posizione, ogni pannello potrebbe contenere 100 LED e 100 sensori, (de) multiplexer e un semplice microcontrollore. Quindi dovresti assemblare 50 di queste tessere, portando il totale fino a 5000 led e 5000 sensori. Quindi collegare ciascuna di queste tessere a una "scheda madre" che può indirizzare le singole schede, parlare con il microprocessore su di esse e scrivere / leggere i led e i valori del sensore.

Una delle principali decisioni progettuali sarà la "potenza" del sistema madre, nonché il circuito di interconnessione. Ad esempio, se si desidera controllare l'oggetto da un laptop (o simile), è possibile utilizzare l'USB come interconnessione. È quindi possibile eseguire uno stack USB software come VUSB sui riquadri per ridurre i costi. Altre opzioni potrebbero essere CAN, I2C e persino Ethernet. Ancora una volta, le specifiche del tuo sistema determinano cosa usare.

Per usi specifici sono disponibili scorciatoie significative. Ad esempio, se i LED vengono utilizzati come display, è possibile guidarli da un singolo microcontrollore utilizzando una configurazione a matrice e un semplice frame-buffer.

Ci sono alternative

• è possibile creare moduli separati per ciascun rack e collegarli tramite LAN. Ogni modulo controllerà 250 LED.

e / o

• puoi controllare i LED in una matrice 3D. Poiché ogni LED ha solo 2 terminali, è possibile aggiungerne un terzo utilizzando un transistor. Il led si accenderà solo se il collettore, l'emettitore e la base sono correttamente alimentati. La matrice 3D richiede solo 52 I / O (17 * 17 * 18) per il controllo di 5000 LED, anziché 142 (71 * 71).

Nel frattempo penso che tu possa giocare con Rainbowduino e la matrice LED RGB 8 * 8 che controlla 192 LED (3 * 8 * 8).

Poiché è necessario trasferire il codice a barre sulla stazione di calcolo centrale, è necessario impostare un bus. A seconda di quanto sono grandi le tue scatole, la distanza gioca un ruolo nella scelta del bus.

Il cablaggio analogico con multiplexing a LED non è una buona idea su configurazioni di grandi aree in cui i LED non sono vicini l'uno all'altro (sforzo di cablaggio, diversa resistenza di cablaggio ecc.).

Supponiamo che tu voglia mantenerlo economico. Forse prova I2C e rendilo gerarchico. Ci sarebbero nodi del router che parlano al computer master e instradano i messaggi da e verso i nodi foglia, di cui ce ne sarebbe uno per scatola.

Un nodo foglia può leggere il codice a barre, accendere un led ed eseguire varie altre funzioni, se necessario, leggere o inviare messaggi al suo nodo router.

Questa configurazione è probabilmente nella stessa categoria finanziaria di un cablaggio centrale per LED 5k, sensori 5k, anche se modulare. Il più economico AVR ATtiny4 con 4 GPIO costa 0,6 EUR in numeri.